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| Title: | Quantenphysik | |
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Quantencomputer
Einführung:
Die Quantenphysik erscheint oft als
theoretisches, sehr kompliziertes Grundlagenmodell, das nicht in die Alltagswelt
übertragbar ist, und daher der Menschheit keinen nützlichen Vorteil
bringt.
Diese Erscheinung hat jedoch ein Ende, sobald
sich konkrete Anwendungsmöglichkeiten abzeichnen.
Eine dieser faszinierenden
Anwendungs-möglichkeiten ist der Quantencomputer.
Geht die Miniaturisierung bei Computerchips
weiter wie bisher, so tritt in 10 bis 15 Jahren das Problem auf, daß die
Elektronen aufgrund der geringen Leiterbahnabstände einfach auf eine andere
Leiterbahn überspringen (durchtunneln).
Es muß also eine völlig neue
Technologie her.
Die theoretischen Grundlagen für einen
Quantencomputer wurden schon 1985 niedergeschrieben, das Interesse stieg jedoch
sprunghaft an, als Peter Shor einen Algorithmus vorstellte, der die
Quanteneigenschaften nutzte um mit Leichtigkeit jede Verschlüsselung in
überschaubarer Zeit zu knacken. Er hat also einen Algorithmus für eine
Maschine geschrieben, die es noch gar nicht gibt!
Funktionsweise:
Die Basis für die Rechenabläufe von
Quantencomputern ist das schon angedeutete Phänomen von Quantenobjekten,
daß sie sich in keinen eindeutigen Zustand befinden, sondern daß
sich mehrere mögliche Zustände überlagern und koexistieren. Ein
solcher Zustand läßt sich im Labor bereits künstlich
herstellen.
Unsere heutigen Computer verarbeiten
Informationen bitweise. Die Transistoren auf den Chips kennen nur zwei
Zustände: 1(es liegt eine Spannung an), und 0(es liegt keine Spannung an).
Ein Register aus vier Transistoren kann daher 16 verschiedene Zustände
darstellen, jedoch zu einem Zeitpunkt nur einen.
Stellen wir uns das 4-bit-Register bestehend
aus Quantenteilchen vor, z.B aus Atomen. Die Elektronen können den Kern auf
verschiedenen Energieniveaus „umkreisen“. Diese Level kann man als
eindeutige Zustände ansehen. Aufgrund der Quanteneigenschaften kann das
Atom nun auch in einem überlagerten Zustand existieren. Ein Elektron
befände sich dann gleichzeitig auf zwei verschieden Energieniveaus. Zu
einem Zeitpunkt stellt ein solches „Quantenbit“ also die
Zustände 0 und 1 gleichzeitig dar. Ein 4-bit-Quantenregister kann also auch
nur 16 Zustände annehmen, jedoch alle auf einmal. Wendet man nun eine
mathematische Operation an, wird diese Berechnung nicht nur auf eine einzige
Zahl angewandt, sondern auf alle Werte, die in dem überlagerten Zustand
gespeichert sind. Dadurch hätte man einen massiv parallel arbeitenden
Computer.
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| Theoretische Physik. Ein Lehr- und Übungstext für Anfangssemester (Band 1-4) und Fortgeschrittene (ab Band 5 und Ergänzungsbände): Theoretische Physik: Theoretische Physik 04. Quantenmechanik 1: Bd 4 | |
| Siehe auch: | |
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| Theoretische Physik. Ein Lehr- und Übungstext... | |
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| Grundkurs Theoretische Physik 5 / 1: Quanten... | |
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